Informace

15.6B: Africká trypanosomóza - biologie


Spavou nemoc způsobují prvoci přenášení mouchou tsetse.

Učební cíle

  • Načrtněte životní cyklus Trypanosoma brucei a jeho cestu přenosu, která způsobuje africkou trypanosomiázu

Klíčové body

  • Onemocnění je způsobeno prvokem druhu Trypanosoma brucei, který se v krevním systému savců stává trypomastigotem a cestuje skrz hostitelského savce a infikuje spinální tekutinu a lymfatické uzliny.
  • Prvoci Trypanosoma brucei infikují mouchu tsetse, když se živí krví infikovaného savce. Jakmile je moucha tsetse infikována, může přenášet nemoc na jiné savce.
  • Zpočátku má spavá nemoc mnoho příznaků jiných virových infekcí, ale pokud se neléčí, ovlivní nervový systém a způsobí letargii.

Klíčové výrazy

  • trypomastigote: Fáze v jednobuněčném životním cyklu, typicky trypanosomy, kde je bičík v zadní části jádra a spojen s tělem buňky dlouhou zvlněnou membránou.
  • epimastigoty: Fáze v jednobuněčném životním cyklu, typicky trypanosomy, kde je bičík přední částí jádra a připevňuje tělo buňky krátkou membránou.

Lidská africká trypanosomóza, spavá nemoc, africká letargie nebo konžská trypanosomiáza je parazitické onemocnění lidí a zvířat způsobené prvokem druhu Trypanosoma brucei a přenášeným muchou tsetse. Toto onemocnění je endemické v některých regionech subsaharské Afriky a pokrývá oblasti asi ve 37 zemích s více než 60 miliony lidí. Odhaduje se, že v současné době je infikováno 50–70 tisíc lidí, přičemž tento počet v posledních letech poněkud klesl. Počet hlášených případů byl v roce 2009 nižší než deset tisíc, poprvé za 50 let. Předpokládá se, že mnoho případů není hlášeno. V roce 2008 na ni zemřelo asi 48 tisíc lidí. V nedávné historii došlo ke čtyřem velkým epidemiím: k jedné v letech 1896-1906, primárně v Ugandě a v oblasti Konga, dvěma epidemiemi v letech 1920 a 1970 v několika afrických zemích a nedávné epidemii v roce 2008 Uganda.

Přenos

Moucha tsetse (rod Glossina) je velká, hnědá, kousavá moucha, která slouží jako hostitel i vektor trypanosomových parazitů. Při odběru krve savčímu hostiteli infikovaná moucha tsetse vstříkne metacyklické trypomastigoty do kožní tkáně. Z kousnutí paraziti nejprve vstupují do lymfatického systému a poté přecházejí do krevního oběhu. Uvnitř savčího hostitele se transformují do krevního oběhu trypomastigoty a jsou přeneseny na jiná místa v celém těle, dosáhnou dalších tělesných tekutin (např. Lymfy, míchy) a pokračují v replikaci binárním štěpením. Celý životní cyklus afrických trypanosomů je reprezentován extracelulárními stádii. Moucha tsetse se nakazí krevními trypomastigoty, když si vezme krevní moučku na infikovaném savčím hostiteli. V muším středním střevě se paraziti transformují na procyklické trypomastigoty, množí se binárním štěpením, opustí střední střevo a transformují se na epimastigoty. Epimastigoti se dostanou do slinných žláz mouchy a pokračují v množení binárním štěpením. Celý životní cyklus mouchy trvá asi tři týdny.

Kromě kousnutí mouchy tsetse může být nemoc přenášena infekcí matky na dítě; trypanosom může někdy překročit placentu a infikovat plod. Přenos může také nastat v laboratořích náhodnými infekcemi; například prostřednictvím manipulace s krví infikované osoby a transplantace orgánů, ačkoli to není neobvyklé. Krevní transfuze a případně sexuální kontakt jsou dvě další příčiny.

Příznaky

Příznaky africké trypanosomiázy se vyskytují ve dvou fázích. První fáze, známá jako hemolymfatická fáze, je charakterizována horečkou, bolestmi hlavy, kloubů a svěděním. Invaze do oběhového a lymfatického systému parazity je spojena se silným otokem lymfatických uzlin, často až do obrovských velikostí. Pokud se nemoc neléčí, překonává obranyschopnost hostitele a může způsobit rozsáhlejší poškození a rozšířit příznaky o anémii, endokrinní, srdeční a ledvinové dysfunkce. Druhá fáze, neurologická, začíná, když parazit pronikne do centrálního nervového systému průchodem hematoencefalickou bariérou. Termín „spavá nemoc“ pochází ze symptomů neurologické fáze. Příznaky zahrnují zmatenost, sníženou koordinaci a narušení spánkového cyklu, přičemž záchvaty únavy jsou přerušovány manickými obdobími, což vede k dennímu spánku a noční nespavosti. Bez léčby je nemoc vždy smrtelná, s postupným mentálním zhoršováním vedoucím ke kómatu a smrti. Poškození způsobené v neurologické fázi je nevratné.


15.6B: Africká trypanosomóza - biologie

Trypanosoma brucei je jednobuněčný prvok prvok, který se přenáší kousnutím mouch tsetse (rod Glossina). Různé druhy/poddruhy trypanozomů infikují řadu různých obratlovců, včetně zvířat a lidí. Lidská africká trypanosomóza (HAT), známá také jako spavá nemoc, je způsobena dvěma poddruhy: Trypanosoma brucei gambiense a Trypanosoma brucei rhodesiense. V posledních letech se počet hlášených případů HAT neustále snižuje a v roce 2013 klesl na pouhých 6 000 1. Jiné druhy trypanosomů infikují domácí i divoká zvířata a způsobují africkou trypanosomózu zvířat. Infekce hospodářských zvířat má zásadní dopad na africké hospodářství, omezuje produkci mléka a masa a rozvoj zemědělství v oblastech, které jsou jinak přístupné chovu zvířat 2.

Trypanosomatidy jsou také vnitřním vědeckým zájmem, protože se oddělily brzy (před více než 600 miliony let) a vyvinuly se odlišně od ostatních dobře studovaných eukaryot 3. T. brucei brucei (zde nazývaný T. brucei), poddruh neinfekční pro člověka, je zdaleka nejlépe charakterizován. V savčím hostiteli paraziti T. brucei kolonizují krev a intersticiální prostory několika tkání, včetně mozku, tukové tkáně a kůže 4 – 6. Přítomnost parazitů v mozku je spojena s výskytem poruchy spánku a neurologickými příznaky charakteristickými pro pozdější stádia onemocnění 1.

U savčího hostitele existují paraziti ve dvou fázích: krevní štíhlá dlouhá štíhlá forma (B-LS), která se každých 7 hodin zdvojnásobí binárním štěpením, a krátká pahýlová forma (B-SS), což je terminálně buněčný cyklus – zatčen (obrázek 1 ). Diferenciace z B-LS na B-SS je nevratná a je vyvolána mechanismem snímání kvora 7. Forma B-SS je předem přizpůsobena životu v středním střevě mouchy tsetse 7. Tyto předadaptace pravděpodobně pomáhají při efektivní diferenciaci na replikativní procyklické formy (PF). Nakonec PF migrují ze středního střeva do proventrikulu, kde se dále diferencují na epimastigoty a později na metacykliky ve slinných žlázách (obrázek 1). Posledně jmenované jsou zadrženy buněčným cyklem a jsou schopné znovu kolonizovat/znovu infikovat savčího hostitele, když moucha tsetse vezme krevní moučku.

Obrázek 1. Změny v metabolismu během životního cyklu Trypanosoma brucei.

Životní cyklus T. brucei zahrnuje dva hostitele: savce (člověk, dobytek, divoká zvířata) a mouchu tsetse. Protože je tento prvokový parazit extracelulární, přizpůsobuje svůj metabolismus dostupným extracelulárním živinám. Dvě fáze, které byly lépe charakterizovány z hlediska metabolismu, jsou dlouhé štíhlé a procyklické formy krevního oběhu, které převážně katabolizují glukózu a prolin. Méně studií studovalo krátké pahýlní formy krevního oběhu. U savčího hostitele se paraziti hromadí v intersticiálních prostorech několika tkání, hlavně mozku, kůže a viscerální tukové tkáně (jako příklad jsou ukázány adipocyty). Metabolismus parazitů v těchto tkáních zůstává většinou neznámý, kromě aktivace oxidace mastných kyselin β u parazitů rezidentních v tukové tkáni. Metabolismus metacyklického stadia nebyl dosud charakterizován. TAO, trypanosomová alternativní oxidáza.

V průběhu životního cyklu se paraziti setkávají a přizpůsobují se velmi odlišným prostředím. U savčího hostitele takovéto adaptace zahrnují vyhýbání se imunitnímu systému hostitele (s využitím antigenní variace) a také metabolické adaptace za použití dostupných živin. Například hladina glukózy v mozku je normálně 10 �% z krevních hladin 8, zatímco tuková tkáň může být lepším zdrojem lipidů. Ve vektoru mouchy tsetse čelí paraziti spíše proteolytické než imunitní výzvě a také se musí přizpůsobit prostředí, které je bez glukózy, ale bohaté na aminokyseliny, zejména prolin 9. T. brucei přeprogramuje svůj metabolismus, aby těžil z živin dostupných v životním prostředí. V tomto přehledu porovnáme metabolické rozdíly, ke kterým dochází během životního cyklu T. brucei, a zdůrazníme otázky, které zůstávají nezodpovězeny. Abychom usnadnili pochopení tohoto přehledu odborníkem na nemetabolizmus, nejprve shrneme hlavní metabolické cesty přítomné ve většině eukaryotických buněk.

2. Základy metabolismu eukaryotů 2.1. Více zdrojů uhlíku pro výrobu energie

Všechny živé organismy používají jako nitrobuněčný zdroj energie adenosintrifosfát (ATP). ATP je generován katabolismem (rozpadem) živin. Nejčastějšími živinami nebo zdroji uhlíku jsou uhlohydráty (například glukóza), mastné kyseliny a aminokyseliny.

Většina organismů získává energii z rozkladu glukózy procesem známým jako glykolýza, univerzální a evolučně starodávná metabolická cesta, která přeměňuje glukózu (6 uhlíků) na pyruvát (3 uhlíky). Za aerobních podmínek může pyruvát projít dalším štěpením na acetyl koenzym A (acetyl-CoA) (2-uhlík) a následně na oxid uhličitý (CO 2) prostřednictvím cyklu trikarboxylových kyselin (TCA) se současnou produkcí redukční ekvivalence (NADH a FADH 2) a GTP. Přenos elektronů z těchto redukovaných kofaktorů na kyslík prostřednictvím elektronového transportního řetězce generuje protonový elektrochemický gradient přes mitochondriální vnitřní membránu, která se používá ke generování ATP membránově vázanou ATP syntázou, souhrnně proces nazývaný oxidační fosforylace (OXPHOS). Kompletní oxidace každé molekuly glukózy vede k produkci asi 36 ATP molekul, což ukazuje, jak je OXPHOS velmi účinný mechanismus výroby energie.

V nepřítomnosti kyslíku může být produkt glykolýzy (pyruvát nebo fosfoenolpyruvát) dále metabolizován fermentací na vyloučené konečné produkty, jako je laktát (například u lidí během běhu) a ethanol (například v kvasnicích) v cytoplazmě , což vede k čisté produkci dvou ATP molekul na molekulu spotřebované glukózy. Ačkoli tok fermentací může být velmi vysoký, cesta je z hlediska produkce ATP energeticky neefektivní. V nepřítomnosti kyslíku některé mikroorganismy používají dusičnaté ionty, síranové ionty a oxid uhličitý jako konečné akceptory elektronů v procesu nazvaném anaerobní dýchání. Konečný produkt glykolýzy by například mohl být převeden na acetyl-CoA, který vstupuje do cyklu TCA nebo je přeměněn na acetát. Elektrony jsou poté darovány konečnému akceptoru prostřednictvím mitochondriálního řetězce přenosu elektronů.

V mnoha organismech mohou být mastné kyseliny katabolizovány oxidací β-oxidací v mitochondriích, čímž se opět vytvoří 2-uhlíková jednotka acetyl-CoA, která se napájí do cyklu TCA a OXPHOS. Mastná kyselina β-oxidace molekuly palmitátu (mastná kyselina se 16 uhlíky, která je velmi hojná v savčích adipocytech) může generovat 106 ATP molekul. Rovnováha mezi tvorbou a odbouráváním mastných kyselin je přísně regulována.

Aminokyseliny mohou také přispívat k celkové produkci energie oxidací na močovinu a CO 2. První reakcí je odstranění aminoskupiny transaminázami. Zatímco aminoskupina vstupuje do cyklu močoviny, ketokyselinové uhlíkové kostry obvykle vstupují do cyklu TCA a pohánějí OXPHOS.

Relativní množství cukrů, aminokyselin a mastných kyselin spolu s dostupností dostatečného množství kyslíku pro použití OXPHOS ovlivňují, které metabolické cesty se přednostně používají k produkci ATP. Metabolický profil buňky je tedy důsledkem regulované exprese proteinů specifických pro dráhu a souvisejících transportérů v reakci na extracelulární nutriční a environmentální podmínky 10.

2.2. Metabolické adaptace v eukaryotech

Učebnice metabolismu vysvětlují, že v podmínkách bohatých na živiny modelové jednobuněčné organismy podstupující exponenciální růst často používají fermentaci 11. Proliferující buňky v mnohobuněčném organismu také metabolizují glukózu primárně glykolýzou, vylučováním ethanolu, laktátu nebo jiné organické kyseliny, jako je acetát. Když mají jednobuněčné organismy nedostatek živin, přecházejí a spoléhají se především na oxidační metabolismus, stejně jako terminálně diferencované buňky v mnohobuněčném organismu. Není překvapením, že existuje mnoho výjimek z těchto generalizovaných konceptů, a jak popíšeme níže (část 4), T. brucei je typickým příkladem těchto výjimek.

Metabolismus buněk je vysoce regulovaný proces, který je ovlivněn řadou extracelulárních faktorů. Například kvasinky používají jako preferovaný zdroj uhlíku glukózu z prostředí. I za přítomnosti kyslíku se glukóza přeměňuje na vyloučený ethanol s nízkým výtěžkem produkce ATP. Ačkoli se tento proces může zdát nehospodárný, je to vysoce účinný způsob podpory exponenciálního růstu. Když jsou hladiny glukózy nízké, kvasinky procházejí diauxickým přechodem na jiný zdroj uhlíku, ethanol, což vyžaduje změnu jeho mitochondriálního metabolismu. Použitím tohoto alternativního zdroje uhlíku jsou buňky schopny dále růst a dělit se, ale s výrazně sníženou rychlostí 12.

U savců používá většina neproliferujících diferencovaných buněk glykolýzu a OXPHOS ke generování ATP a přeměně glukózy na CO 2 a H. 2O. Většina proliferujících rakovinných buněk však přeměňuje glukózu na pyruvát a laktát (3-uhlík) i za aerobních podmínek, což je jev známý jako Warburgův efekt, pojmenovaný po svém objeviteli 11, 13. Ačkoli je tento proces podobný fermentaci energeticky méně účinný, tyto buňky používají mnohem vyšší rychlosti glykolýzy, aby uspokojily svou vyšší poptávku po metabolitech, protože se dělí rychleji. Toto metabolické přeprogramování umožňuje rakovinným buňkám rychle produkovat stavební kameny a zvýšit celkovou biomasu pro rychlejší dobu šíření 14.

Velké metabolické změny také probíhají, když jsou imunitní buňky aktivovány a iniciují proliferaci. Když jsou T buňky aktivovány po infekci nebo zánětu, dojde k přeprogramování genové exprese, což má za následek rychlý růst, proliferaci a získání nových efektorových funkcí. Efektorové T buňky, stejně jako rakovinné buňky, se při proliferaci spoléhají na aerobní glykolýzu 11. Naproti tomu T buňky určené k tomu, aby se staly paměťovými buňkami, udržují oxidační metabolismus, který jim umožňuje udržet klid a dlouhověkost. Regulační T (Treg) buňky převážně používají OXPHOS pro vývoj a přežití 15, 16, zatímco aktivované B buňky vykazují zvýšené vychytávání glukózy a indukci glykolýzy 17. Tyto příklady ukazují, jak je metabolismus tvárný, protože buňky reagují na faktory prostředí a signály, aby získaly nové funkce.

3. Trypanosomy mají neobvyklé metabolické vlastnosti 3.1. Trypanosomy mají jeden mitochondrion a glykosomy

Trypanozomy jsou charakterizovány přítomností husté sítě cirkulárizovaných propletených prstenců mitochondriální DNA nazývané kinetoplast, umístěných ve velkém jediném mitochondriu buňky. Jediný mitochondrion v PF má vysoce definovanou rozvětvenou strukturu s diskoidními cristae, zatímco u forem B-LS je organela méně vyvinutou úzkou tubulární strukturou s morfologií akristátu podobnou morfologii promitochondrií anaerobních kvasinek 18, 19. T. brucei také obsahuje organely podobné peroxizomům, pojmenované glykosomy, které obsahují prvních šest (PF) nebo sedm (B-LS) glykolytických enzymů 3. Protože glykosomální membrána je pro ATP nepropustná, nedochází uvnitř těchto organel k žádné čisté produkci ATP. K čisté produkci ATP z glykolýzy tedy dochází během cytoplazmatických kroků (obrázek 2).

Obrázek 2. Několik cest k produkci ATP v trypanosomech.

Katabolismus nejhojnějších zdrojů uhlíku v procyklické formě pěstované v podmínkách s nedostatkem glukózy (A) nebo v podmínkách obsahujících glukózu (B) a v krevní štíhle dlouhé štíhlé formě (C). Vyloučené konečné produkty z degradace glukózy a prolinu (pyruvát, acetát, sukcinát a alanin) jsou podtrženy. Šipky s různou tloušťkou předběžně představují metabolický tok v každém enzymatickém kroku. V (B) je směr výměny ADP/ATP mezi cytosolem a mitochondrií (krok 14) neznámý a je reprezentován dvojitými šipkami. Klíčové enzymatické kroky: 1a, glykosomální fosfoglycerátkináza 1b, cytosolová fosfoglycerátkináza 2, pyruvátkináza 3, fosfoenolpyruvátkarboxykináza 4, glykosomální malátdehydrogenáza 5, cytosolová fumaráza (pro zjednodušení je tato reakce umístěna v glykosarátu) 6-glykosomální 7, pyruvát fosfát dikináza 8, acetát: sukcinát koenzym A-transferáza, nebo ASCT 9, acetyl-koenzym A thioesteráza 10, sukcinyl-koenzym A syntetáza 11, trypanosomová alternativní oxidáza 12, dýchací řetězec 13, F 0F 1-ATP synthase 14, mitochondriální výměník ADP/ATP. AcCoA, acetyl-koenzym A DHAP, dihydroxyacetonfosfát G3P, glyceraldehyd-3-fosfát Gly3P, glycerol-3-fosfát MAL, malátový PEP, fosfoenolpyruvát PYR, pyruvát SUC, sukcinát.

Naproti tomu molekuly ADP a ATP lze mezi cytosolickým a mitochondriálním kompartmentem vyměňovat prostřednictvím mitochondriálního ADP/ATP výměníku 20 TbMCP5. Tento výměník je nutný, protože v B-LS nedochází k oxidační fosforylaci, a proto uvnitř této organely nevzniká žádný ATP. Aby se zachoval elektrochemický gradient mitochondriálního protonu přes mitochondriální membránu, F1F0-ATPáza pracuje v opačném směru a hydrolyzuje ATP na ADP (obrázek 2). Tento neobvyklý způsob generování mitochondriálního potenciálu také znamená, že musí být přítomen funkční výměník fosfát/H +.

K významné diferenciální expresi mitochondriálních a glykosomálních proteinů dochází během životního cyklu 21. Během diferenciace B-LS na PF se degradace glykosomů pravděpodobně prostřednictvím autofagie zvyšuje a produkují se nové glykosomy s různým enzymatickým obsahem, takže paraziti se rychle metabolicky přizpůsobí novému hostitelskému prostředí 22. Diferenciální exprese glykosomálních a mitochondriálních proteinů je ve skutečnosti jasným indikátorem rozdílu v metabolických životních stylech mezi dvěma hlavními fázemi životního cyklu T. brucei.

3.2. Trypanosomy mají specifické dráhy a jedinečné enzymy

Kinetoplastida má velký vnitřní vědecký zájem, protože se velmi brzy rozcházela ve srovnání s většinou studovaných eukaryotických modelů (například kvasinek, rostlin a zvířat), na nichž byly postaveny základy molekulární, biochemické a buněčné biologie. Cytochrom oxidáza (COX) je koncová oxidáza savčího elektronového transportního řetězce a je zodpovědná za redukci kyslíku ve vodě. T. brucei však vlastní další koncovou oxidázu podobnou rostlině, neenergeticky konzervující, nazývanou alternativní oxidáza (TAO). Formy B-LS jsou skutečně jedinečné v tom smyslu, že nepoužívají COX, ale spoléhají na TAO (krok 11 na obrázku 2C). TAO je 100krát více exprimován v B-LS než PF a je tedy považován za potenciální cíl léčiva 23.

Sfingolipidy jsou třídou lipidů důležitých pro rozpoznávání buněk a přenos signálu. K dnešnímu dni je T. brucei jediným organismem, o kterém je známo, že vyrábí všechny tři typy sfingolipidů (sfingomyelin, inositolfosfoceramid a ethanolamin-fosfoceramid). Tyto lipidy jsou syntetizovány prostřednictvím čtyř sfingolipidových syntáz (SLS), které jsou kódovány geny uspořádanými v tandemovém poli. Syntéza sfingolipidů je během vývoje vysoce kontrolována: vyhrazená inositolfosfoceramid syntáza (SLS1) je u parazitů B-SS vysoce upregulována a udržována v PF 24. V důsledku toho, že se pro syntézu inositolfosfoceramidu používá více ceramidu, je syntéza sfingomyelinu snížena, což způsobuje změnu hladin druhů fosfatidylinositolu.

4. Metabolické adaptace během životního cyklu Trypanosoma brucei

Krevní oběh savčího hostitele je velmi bohaté prostředí, které obsahuje 5 mM glukózy, 95% až 99% úrovní nasycení kyslíkem a 0,6 až 0,8 g/ml proteinů, včetně lipoproteinů (lipoprotein s nízkou hustotou a lipoprotein s vysokou hustotou). Naproti tomu, když jsou paraziti požiti tsetse během krevního jídla, skončí v prostředí chudém na glukózu, ale bohatém na aminokyseliny, které se velmi liší od krevního oběhu savců. Vzhledem k tomu, že můžeme tyto podmínky růstu napodobovat in vitro, většina našich znalostí o metabolických změnách během životního cyklu T. brucei pochází ze srovnání mezi B-LS a PF.

4.1. Aminokyseliny: bohatý zdroj uhlíku ve středním střevě mouchy

Střední střevo mouchy tsetse má teplotu asi 28 ଌ a proměnlivé pH a neobsahuje téměř žádnou glukózu, ale je bohaté na aminokyseliny, jako je prolin (asi 100 μM) 9. Je dobře přijímáno, že v prostředí s nedostatkem glukózy PF primárně používají pro produkci energie prolin 25, 26 (obrázek 1), ale používá se také katabolismus jiných aminokyselin, jako je threonin a leucin, 27, 28. Tyto posledně jmenované aminokyseliny se živí biosyntézou mastných kyselin a/nebo vstupují do mevalonátové dráhy za vzniku stavebních kamenů pro generování esenciálních lipidů, včetně isoprenoidů a sterolů. Prolin je katabolizován v mitochondriích a vylučován z buňky jako konečný produkt alanin za produkce několika redukovaných kofaktorů, které jsou reoxidovány v respiračním řetězci pro produkci ATP OXPHOS (obrázek 2A). Pokud je však poskytnuta glukóza, PF upraví svůj metabolismus a produkují většinu svého ATP degradací glukózy (glykolýzou), a to i za přítomnosti prolinu (obrázek 2B) 25, 29. Tato zjištění zdůrazňují, že tito paraziti, stejně jako většina ostatních eukaryot, jsou extrémně flexibilní při přizpůsobování svého centrálního metabolismu svému prostředí.

4.2. Glukóza: rozdíly ve spotřebě a účinnosti produkce ATP

Dosud jediným zdrojem uhlíku pro produkci ATP popsaným pro replikativní parazity krevního oběhu je glukóza, která se převádí glykolýzou (obrázek 1 a obrázek 2C). Na rozdíl od proliferativních kvasinkových a nádorových buněk B-LS neprochází fermentací jako takovou. Ve skutečnosti místo toho, aby se většina pyruvátu v B-LS metabolizovala a generovala ethanol nebo laktát, je okamžitě vyloučena a pouze asi 1% je fermentováno na sukcinát 30, 31. K oxidaci NADH produkovaného během glykolýzy zpět na NAD + spotřebovává B-LS velké množství kyslíku, který působí jako akceptor elektronů v reakci katalyzované neobvyklým TAO. Tento typ metabolismu glukózy je neobvyklý a neodpovídá znalostem učebnic. Je zajímavé, že buňky B-LS také tolerují anaerobní podmínky, kdy přeměňují glukózu na ekvimolární množství glycerolu a pyruvátu, s dvojnásobným snížením rychlosti produkce ATP.

Jak bylo uvedeno výše, přestože PF spoléhají na prolin in vivo, dávají přednost glukóze k produkci ATP 25. Je zajímavé, že rychlost degradace glukózy je u B-LS asi 10krát vyšší než u PF 30, 32. Tento značný rozdíl je pravděpodobně způsoben metabolickými adaptacemi vyvinutými B-LS v reakci na mnohem vyšší poptávku po ATP ve srovnání s PF. Za prvé, B-LS se replikuje rychleji než PF (časy zdvojení asi 7, respektive asi 12 hodin), což znamená, že teoreticky by B-LS měl vykazovat 1,5krát vyšší rychlost produkce ATP. Za druhé, odhadovaný počet molekul ATP produkovaných na spotřebovanou glukózu je v B-LS asi dvakrát nižší. Tento rozdíl je vysvětlen různými strategiemi používanými B-LS a PF k degradaci glukózy na vyloučené konečné produkty, kterými jsou zejména pyruvát v B-LS (obrázek 2C) a acetát plus sukcinát v PF (obrázek 2B) 33. Na konci glykolýzy PF převádějí pyruvát na acetát a ATP cyklem acetát: sukcinát CoA-transferáza (ASCT)/sukcinyl-CoA syntetáza 34, 35. Tato cesta představující asi 70% glykolytického toku v PF je snížena na 5% v B-LS 30. Kromě toho cesta fermentace glykosomálního sukcinátu (kroky 3 𠄶 na obrázku 2B), pyruvátfosfát dikináza (krok 7) a cytosolická lokalizace fosfoglycerátkinázy (krok 1b na obrázku 2B) zlepšují rychlost produkce ATP v cytosolu PF 29, 36.

Za třetí a pravděpodobně nejdůležitějším důvodem pro vyšší rychlost degradace glukózy u B-LS je to, že některé biologické procesy vyžadují více ATP v B-LS ve srovnání s PF. To je případ endocytózy, která je v B-LS nejméně asi 10krát vyšší než ve srovnání s PF a jinými trypanosomatidy 37, 38. Vysoká endocytická aktivita pozorovaná u B-LS je vyžadována pro rychlou recyklaci variantního povrchového glykoproteinu (VSG) ukotveného na povrchu buněk glykosylfosfatidylinositolem (GPI) pro internalizaci a odstranění navázaných protilátek, usnadňující únik z imunitní obrany hostitele, ale také pro živiny úklid od savčího hostitele. Sražení aktinu mělo za následek významný pokles (> 70%) endocytové aktivity a odstranění anti-VSG protilátek formou B-LS, ale významně neovlivnilo hladiny ATP 38, 39. Překvapivě měření rychlostí produkce pyruvátu a spotřeby kyslíku za podmínek identických s těmi, které se používají pro testy absorpce ATP a transferinu, odhalilo pokles přibližně čtyřnásobně u obou rychlostí po 15 hodinách (DP Nolan, nepublikovaná data ). Ačkoli spotřeba glukózy nebyla měřena, tato data naznačují, že obchodování s membránami v B-LS může představovat významnou dodatečnou poptávku po ATP ve srovnání s PF a ještě překvapivěji je, že rychlost využití ATP může také ovlivnit jeho rychlost produkce glykolýzou . Sražení aktinu však také vedlo k rychlému zastavení buněčného dělení a případné buněčné smrti, takže důsledky těchto předběžných metabolických zkoumání nemusí být tak jednoduché.

Je zajímavé, že ačkoli B-SS žijí v prostředí bohatém na glukózu, procházejí změnami morfologické a genové exprese, které jsou v souladu s přípravou na přežití v prostředí tsetse midgut 7, 24 (obrázek 1). Tyto adaptace také zahrnují zvýšenou citlivost na specifické podněty prostředí, které signalizují vstup do vektoru mouchy tsetse, a také odolnost vůči extracelulárnímu kyselému a proteolytickému stresu 40, 41. Vzhledem k tomu, že B-SS jsou neproliferativní a existují pouze v pleomorfních kmenech, je obtížnější získat velká a čistá množství tohoto stadia životního cyklu in vitro. V důsledku toho byl jeho metabolismus méně charakterizován. Přesto víme, že B-SS spotřebovává glukózu a produkuje pyruvát a střední hladiny acetátu 42, což naznačuje, že metabolismus je předem přizpůsoben podmínkám, ve kterých budou procyklické formy žít ve středním střevě tsetse. Transkriptomické studie potvrdily downregulaci několika genů, které kódují složky glykosomů a podílejí se na příjmu a rozkladu glukózy 24. Mezi geny upregulované v B-SS patří TAO, fruktóza-2,6-bifosfatáza, specifické membránové proteiny a specifické lipidové biosyntetické geny, včetně TbSLS1 zapojeného do syntézy inositolfosfoceramidu. K charakterizaci a umožnění lepšího porozumění metabolismu B-SS budou nutné další biochemické studie.

4.3. Lipidy: reakce na velkou poptávku po myristátu

V krevním oběhu jsou trypanosomy schopny přežít extracelulárně v savčím hostiteli, protože jsou pokryty hustou homogenní vrstvou VSG ukotvených v GPI. Pláště VSG jsou pravidelně vyměňovány mechanismem antigenních variací, které chrání parazity před přirozenou a adaptivní imunitní odpovědí hostitele 43. Ve formách B-LS obsahují kotvy GPI výhradně dvě molekuly myristátu (14 uhlíková mastná kyselina), nicméně myristát je v krevním oběhu savců přítomen na velmi nízkých úrovních, které nemohly udržet poptávku B-SL 44. Původně se tedy předpokládalo, že k de novo syntéze myristátu dochází prostřednictvím prokaryotické syntázy typu II 45, 46, ale tato syntéza není dostatečná pro požadavek GPI 47. Proto bylo objeveno, že T. brucei používá čtyři mikrosomální elongázy s různými specifičnostmi k postupné syntéze mastných kyselin 47. Tyto elongázy jsou zodpovědné za většinu de novo syntézy mastných kyselin v T. brucei. U forem krevního oběhu vysvětluje downregulace elongázy 3 v dráze (která převádí C14 na C18) vysokou produkci myristátu potřebnou pro kotvy GPI.

Trindade a kol. ukázaly, že na úrovni RNA jsou paraziti v tukové tkáni a krvi zcela odlišní a že mnoho genů spojených s metabolismem je rozdílně exprimováno 6. Pomocí experimentů s pulzní honičkou se stabilním izotopem značeným myristátem autoři ukázali, že první tři enzymatické kroky oxidace mastné kyseliny β-oxidace byly aktivní u parazitů okupujících tukovou tkáň. V této cestě je molekula mastné kyseliny přeměněna na acetyl-CoA a kratší mastnou kyselinu. Osud každé z těchto molekul zůstává neznámý. Nejklasičtějším scénářem by bylo, že mastné kyseliny podstoupí několik cyklů oxidace β, přičemž uvolní acetyl-CoA, který by mohl vstoupit do cyklu TCA, což povede k produkci NADH a FADH 2, což by mohlo mít za následek produkci ATP společností OXPHOS. Tato hypotéza však naznačuje, že komplexy III a IV respiračního řetězce jsou aktivní, a to dosud nebylo u savčích forem T. brucei pozorováno. Alternativní scénář je ten, že řetězce mastných kyselin (normálně 16 uhlíkových palmitátů) uvolňované adipocyty jsou zkráceny oxidací β, aby vstoupily do anabolického procesu za vzniku komplexních lipidů. Výsledný acetyl-CoA by mohl být přeměněn na acetát a působením enzymu ASCT by mohl vést k produkci jedné molekuly ATP.

Tryponosoma cruzi také infikuje adipocyty (specializované buňky tukové tkáně) a je schopen konzumovat uložené lipidy 48. Není jasné, jak T. brucei, extracelulární parazit, přistupuje k lipidům uloženým uvnitř adipocytů, které představují největší úložiště lipidů v savčím hostiteli. Uložené triglyceridy mohou být uvnitř adipocytů přeměněny lipolýzou na mastné kyseliny a glycerol, které se nakonec vylučují. Během infekce T. brucei zvířata typicky hubnou a sérum vykazuje hyperlipidémii 6, 49. Spekulujeme, že během infekce T. brucei se zvyšuje lipolýza, což vede k vylučování mastných kyselin, které by mohly být snadno absorbovány a použity parazity.

5. Concluding remarks and future perspectives

Fields such as immunometabolism emerged because of the development of highly sensitive metabolomic approaches, including untargeted metabolomic analysis, stable isotope labelling, mass spectrometry, and nuclear magnetic resonance 50 – 52 . Researchers discovered that during immune cell activation, the levels of many metabolites undergo alterations and these changes are directly linked to immune cell effector functions. In a way, the life cycle of a pathogen is a series of irreversible differentiation steps, in which the cells adapt to a new environment to perform new functions. In addition, the use of modern metabolomics approaches has revealed that T. brucei uses an incomplete TCA cycle in PFs 53 and that proline has a different fate in PFs depending upon high- or low-glucose availability in the medium and has allowed the identification of the carbon and nitrogen sources of essential metabolites 53 – 56 .

However, much remains to be discovered. Some questions for the future are the following:

Besides the known glucose and proline transporters, what are the transporters of other essential nutrients?

What is the signalling cascade that coordinates metabolism remodelling? In most eukaryotes, two key kinases are involved in nutrient sensing: target of rapamycin protein (TOR) and AMP-activated kinase (AMPK). T. brucei , the eukaryote with the most complex network of TOR proteins described so far, is composed of four TOR proteins 57 , which are necessary for cell proliferation. Interestingly, knockdown of one of these proteins, TbTOR4, which appears to be kinetoplastid-specific, caused irreversible differentiation of the B-LS form into a quiescent form with properties very similar to those of the B-SS form, which suggested that TbTOR4 negatively regulates the slender-to-stumpy transition 58 . Activation of AMPK also triggers differentiation to the quiescent B-SS forms 59 . It is likely that some of these kinases are directly involved in remodelling metabolism during the T. brucei life cycle. It is interesting that changes in inositol metabolism lead to perturbations in VSG gene expression, suggesting that inositol metabolites are important for the control of this B-LS-specific process 60 .

What is the metabolism of other stages of the life cycle? With the possibility of generating in vitro multiple stages of tsetse life cycle by overexpressing RBP6 61 , it may be possible in the near future to understand metabolism of epimastigotes and metacyclics.

Do other trypanosome species undergo similar or different metabolic adaptations during their life cycle as they encounter different environments?

What is the metabolism of slender and stumpy forms when these occupy other tissues within the mammalian host? Trindade et al . have shown that at the RNA level, parasites in adipose tissue and blood are quite different and that many genes associated with metabolism are differentially expressed 6 . It will be important in the future, perhaps for drug development, to confirm these observations at protein and metabolite levels not only in visceral adipose tissue but also in the skin and importantly in the brain.

What are the consequences of a T. brucei infection in the host? Trypanosomiasis is characterised by decreased levels of aromatic amino acids, especially tryptophan, in the host and these levels are accompanied by the excretion of abnormal amounts of aromatic ketoacids, such as indole-3-pyruvate 62 . It was recently shown that B-LS generates indole-3-pyruvate by transamination of tryptophan and secretes significant amounts of this aromatic ketoacid. Indole-3-pyruvate appears to be able to modulate the host inflammatory responses, which may prolong host survival and thereby potentiate transmission of the parasite to the tsetse fly vector and ensure completion of the life cycle 62 . The roles of other secreted parasite metabolites that can possibly modify the host’s metabolism remain to be established.

How does the parasite metabolism change during the day? We have recently shown that, in T. brucei , many genes that encode for metabolic enzymes are circadianly regulated 63 . This cycling expression pattern leads to two peaks of intracellular ATP concentration, indicating that metabolism is indeed under circadian control. How is this control achieved? Which metabolic pathways are affected? Does this adaptation reflect the circadian variation of nutrients in the host?

The interplay between the host and pathogen and the influences upon their respective metabolisms is likely to be complex but is probably very significant since adaptation to nutrient availability is a major driving force during evolution. With the help of new and more sensitive biochemical and metabolic methodologies, it should be possible to use systems biology approaches to simultaneously characterise the metabolic changes undergone by parasites and host during an infection and within different tissues.


[article]

Lamour Thierry, Ulmer Philippe, Watier-Grillot Stéphanie, Ginesta Jacques. Trypanosomose dans un effectif de chiens militaires en Côte d’Ivoire Canine trypanosomiasis in military working dogs in Ivory Coast. V: Bulletin de l'Académie Vétérinaire de France tome 157 n°3, 2004. pp. 67-74.

Býk. Akadem. Vét. France — 2004 -Tome 157 -N° 3 www. academie-veterinaire-france. fr 67 Trypanosomose dans un effectif de chiens militaires en Côte d’Ivoire

Canine trypanosomiasis in military working dogs in Ivory Coast

Par Thierry LAMOUR(1), Philippe ULMER(2), Stéphanie WATIER(3) et Jacques GINESTA(1)

(communication présentée le 17 juin 2004)

(1) Service vétérinaire du 132e Bataillon cynophile de l’armée de terre, 51601 Suippes Cedex. (2) Direction du service de santé en RTNE. BP 18, 57998 Metz armées. (3) École d’application du service de santé des armées, 1 Place A. Laveran, 75230 Paris cedex 05.


Možnosti přístupu

Získejte plný přístup k deníku na 1 rok

Všechny ceny jsou ČISTÉ ceny.
DPH bude přidáno později v pokladně.
Výpočet daně bude dokončen při pokladně.

Získejte časově omezený nebo plný přístup k článkům na ReadCube.

Všechny ceny jsou ČISTÉ ceny.


Anaemia Associated with Trypanosomes Infections in Cattle of West Gojjam Zone, Northwest Ethiopia

Pozadí. African animal trypanosomosis is a major veterinary problem over a large area of the tsetse belt region of Africa. Anaemia is a cardinal sign of trypanosome infections. The mechanism of anaemia due to trypanosomosis is complex and multifactorial in origin. Packed cell volume (PCV) usually gives an indication of the anaemia and disease status of a trypanosome-infected animal. Metody. A cross-sectional study was conducted from December 2017 to January 2018 in West Gojjam zone, Northwest Ethiopia, to determine the trypanosome infections rate and the possible correlation between parasitic infection and anaemia using the dark ground buffy coat technique, Giemsa-stained thin blood smear, and PCV reading on a haematocrit reader. Výsledek. The overall trypanosomosis prevalence was 7.81%, 95% CI = 7.45–8.17. Trypanosoma congolense (4.25%) and T. vivax (3.56%) were the trypanosomes species identified in the studied area. PCV for all sampled cattle was analysed to estimate the degree of anaemia. From the total examined animals (N. = 730), 356 (48.77%) were anaemic and 374 (51.23%) were nonanaemic. The mean PCV of parasitemic cattle was significantly lower (21.09%, 95% CI = 20.13–22.05) than that of aparasitemic ones (25.96%, 95% CI = 25.68–26.24). There was a positive association between trypanosome infection and anaemia. Although both trypanosome species are significantly associated with a decreased herd mean PCV (<24), the mean PCV of cattle infected with T. congolense (19.45%) was lower than that of infected with T. vivax (23.04%). The herd mean PCV was not significantly associated to locations, age, and sex of the studied animals. Závěry. The study confirms that the prevalence of trypanosomes infections and herd mean PCV has a significant association. The mean herd PCV can be a useful cheap tool to screen for possible trypanosome infection. However, there were cattle positive for trypanosomes having mean PCV within the reference interval and negative animals with anaemia. Furthermore, PCV reading should be confirmed by other diagnostic techniques to accurately conclude that trypanosomosis is the only cause of anaemia.

1. Úvod

African animal trypanosomosis is a major veterinary problem over a large area of the tsetse belt region of Africa. It is a chronically debilitating protozoan disease of livestock, which is of great economic importance in sub-Saharan Africa. Six trypanosomes species were reported in Ethiopia, although the vascular trypanosomes T. congolense a T. vivax are the most pathogenic, economically very important, and widely distributed in the country [1, 2].

The trypanosomes that cause this disease are extracellular protozoan parasites that have developed efficient immune escape mechanisms to manipulate the entire host immune response to allow parasite survival and transmission. Anaemia is a cardinal sign of trypanosome infections [3]. The mechanism of anaemia due to trypanosomosis is complex and multifactorial in origin [4]. The rate at which anaemia develops is influenced by energy intakes and protein gain [5].

The interplay of several factors acting either individually or synergistically contributes to the development of haemolytic anaemia in human and animal trypanosomosis. Most common among these factors are increased intravascular red blood cells destruction caused by lashing action of trypanosome flagella, undulating pyrexia, platelet aggregation, toxins and metabolites from trypanosomes, lipid peroxidation, and malnutrition. Meanwhile, idiopathic serum and tumour necrosing factors are responsible for dyserythropoieses [6].

PCV usually gives an indication of the anaemia and disease status of a trypanosome-infected animal and is correlated with animal production and reproduction performance. Reports indicated that the prevalence of trypanosome infections and herd mean PCV has a relationship. PCV is expected to decrease with the increasing prevalence of trypanosomosis. Hence, the relationship between the prevalence of trypanosomes infections and herd mean PCV could be a useful tool in the management of trypanosomosis and planning of its control. However, this relationship has not been quantified in Northwest Ethiopia, specifically West Gojjam zone. Therefore, this study aimed at determining the relationship between trypanosomes infection rates and occurrence of anaemia and estimating the prevalence of bovine trypanosomosis in West Gojjam zone, Northwest Ethiopia.

2. Metody

2.1. Study Area Description

West Gojjam zone is bordered on the south by the Abay River, which separates it from Oromia and Benishangul Gumuz regions, on the west by Awi zone, on the northwest by Northern Gondar, on the north by Lake Tana and the Abay River that separates it from South Gondar, and on the east by East Gojjam. The study was conducted in Debub Achefer and Semen Achefer (Figure 1). The area of the zone is 13,312 square kilometres.

The climate of the area is tropical. The annual mean temperature in West Gojjam ranges 12.9–29.5°C. The area is characterized by a mixed type of farming systems. The climate alternates with long summer rainfall (June–September) and winter dry season (October–May) with mean annual rainfall [7]. The mean annual rainfall in the West Gojjam is 1352.9 millilitres. The cattle in the study areas are local indigenous zebu breed that are kept under traditional extensive husbandry systems with communal herding.

2.2. Study Design and Sampling Methods

A cross-sectional study was conducted from December 2017 to January 2018 to determine the relationship between trypanosomes infection rates and occurrence of anaemia and to estimate the prevalence of bovine trypanosomosis in West Gojjam zone, Northwest Ethiopia. Two districts, Debub Achefer and Semen Achefer, were purposively selected based on farmers’ complaints of trypanosomosis problems. Then, the study sites were selected based on the accessibility of roads and the availability of sampling animals. Simple random sampling was employed to select individual study animals. The age of study animals was estimated based on dentition techniques given by De Lahunte and Habel [8] and information from owners. The sample size was determined considering 50% expected prevalence and 5% absolute desired precision at 95% confidence level based on the formula given by Thrusfield [9]. Accordingly, 384 study animals were needed however, the sample from 730 cattle were collected, processed, and examined.

2.3. Blood Sampling and Examination

Paired blood samples were collected by puncturing the marginal ear vein of each animal into heparinized microhaematocrit capillary tubes (Deltalab SL, Barcelona, Spain). After sealing one end of capillary tubes with crystal sealant (Hawksley Ltd., Lancing, United Kingdom (UK)), samples were centrifuged using a microhematocrit centrifuge (Hawksley and Sons, UK) at 12000 revolutions per minute for 5 minutes. Anaemia was estimated by measuring PCV using the haematocrit reader. Animals with PCV less than 24% were considered anaemic, and the mean PCV between 24% and 48% was considered as normal threshold [10–12]. The contents of the capillary tubes including about 1 mm above and below the buffy coat were smeared on microscopic slides, covered with 22 ×× 22 cover slips, and examined under a ×40 objective of microscope using a dark ground buffy coat technique to detect the presence of motile trypanosomes. For positive samples, Giemsa stain of thin blood smears were made, fixed with methanol for 5 minutes, and examined under oil immersion using ×100 objective to identify the species of trypanosomes based on morphological characteristics [13].

2.4. Analýza dat

All statistical analyses were performed using STATA software version 12 (Stata Corporation, Texas, USA). The prevalence was calculated for all data as the number of infected individuals divided by the number of individuals examined and multiplied by 100. The association between trypanosome infection and anaemia (PCV <24%) was assessed by the chi-square test. The associations between the prevalence of trypanosomosis and associated risk factors such as districts, age groups, and sexes were assessed by the chi-square (χ 2 ) test, whereas the t-test (two-group mean comparison test) was used to assess the difference in the mean PCV between trypanosome positive and negative animals, the trypanosome species, sex, and age groups. A statistically significant association between variables was said to exist if the

value is <0.05 at 95% confidence level.

3. Výsledky

3.1. Parasitological Findings

The overall trypanosomosis prevalence was 7.81% and 95% CI = 7.45–8.17, in the studied area. Trypanosome infection was not associated with geographical district, age, or sex of the animals (Table 1).

3.2. Haematological Findings

The mean PCV of all examined cattle was 25.58 ± 3.95. The mean PCV in trypanosome positive (21.09%) and negative (25.96%) was significantly different (Table 2).

DF, 728 DF, degree of freedom.

From the total n = 730 examined animals, 356 (48.77%) had a mean PCV below the reference interval (PCV <24%) and 374 (51.23%) had a mean PCV within the reference interval (24–48%) the infection was significantly associated with the anaemic state (Table 3). The mean PCV of cattle infected with T. congolense is lower than T. vivax. No difference in the PCV value was detected between male and female cattle and between young and adult cattle (Table 4).

4. Diskuze

The study was conducted from December 2017 to January 2018 in West Gojjam zone, Northwest Ethiopia. The overall prevalence of bovine trypanosomosis in the studied area was 7.81% and 95% CI = 7.45–8.17. This value was in line with the reports of Abebe et al. [14] who reported trypanosome prevalence of 7.80% in Omo-Ghibe tsetse fly belt, South Ethiopia, and Tafese et al. [15] in East Wollega zone who reported trypanosomosis prevalence of 8.50%. The result of the current study was lower than a range of studies conducted previously in Ethiopia. Mekuria and Gadissa [16] reported 12.41% trypanosomosis prevalence in Metekel and Awi zones of Northwest Ethiopia and Afework et al. [17] in Metekel district reported 17.20%. Such variations may exist because of differences in agroclimates, distributions and density of vectors, season, and vectors control applications that may hinder the epidemiology of trypanosomosis.

Dva Trypanosoma species, namely, T. congolense a T. vivax were identified in the studied area. These two trypanosomes species were also reported by Denbarga et al. [18] in the same studied area. Duguma et al. [19] and Cherinet et al. [20] also showed that these two trypanosomes species were encountered frequently in the country. T. congolense infection (4.25%) was higher than that of T. vivax (3.56%). This could be because the capacity of tsetse fly is probably more efficient in transmitting T. congolense than T. vivax [21]. Trypanosomosis prevalence was not significantly associated to districts, age, and sex of animals, which is in line with the report of Lelisa et al. [22] in West Ethiopia. Mulaw et al. [23] also described that there was no significant variation in trypanosomosis prevalence between sex and study sites in Northwest Ethiopia.

The mean PCV in trypanosome positive and negative cattle was 21.09 and 25.96%, respectively. Similar values were reported by different authors. Biyazen et al. [24] reported a mean PCV value of 22.36 and 27.86% in parasitaemic and aparasitaemic animals, respectively, in Western Ethiopia. Dagnachew et al. [25] reported mean 24.29% in trypanosome positive and 27.46% in Northwest Ethiopia. Desta et al. [26] also reported a mean PCV of 22.96% and 25.46% in trypanosome positive and negative, respectively. Degneh et al. [27] reported a mean PCV of 20.48% and 25.77% in positive and negative cattle. Waisma and Katunguka-Rwakishaya [28] reported 22.3% and 29.0% mean PCV in positive and negative cattle, respectively, in southwestern Uganda.

The mean PCV value in trypanosome-infected cattle was significantly lower than in the noninfected cattle population. Furthermore, as the development of anaemia is one of the cardinal signs of trypanosomosis [29], PCV decrease with the increasing prevalence of trypanosomosis is expected. The intensity of anaemia evidenced by declining PVC values was reported to be an indicator of the severity of trypanosomosis and correlates with the loss of production performance in susceptible or infected animals [6, 30–34].

However, there were anaemic cattle that were not infected with trypanosomes that would be due to clearance of the parasites from circulation with trypanocidal drugs and inadequacy of detection methods used (dark ground buffy coat technique). In addition, other factors, alone or in combinations, may induce anaemia in absence of trypanosomosis. Fasciolosis and gastrointestinal parasites that cause haemorrhagic anaemia, blood parasites [35, 36], and other diseases that cause erythrocyte haemolysis or specific nutritional deficiencies [37] may result in occurrence of anaemia.

The occurrence of positive animals with PCV of greater than 24% might be as a result of recent infection and may be due to animals that tolerated parasitaemia without showing anaemia [38]. There was no previous report on the multifactorial anaemia in the studied area, and their contribution cannot be ruled out. The current study indicated that PCV alone could not be utilized as a tool to diagnose trypanosomosis and agreed with the findings of Coetzer et al. [39] and Van den Bossche and Rowlands [40] who indicated measuring PCV could be not a confirmatory for diagnosis of trypanosomosis.

Oba T. congolense a T. vivax were associated with lower PCV. Awa and Ndamkou [41] also showed that the mean PCV value was significantly affected by both T. congolense a T. vivax. PCV was significantly affected by trypanosome species. Cattle infected with T. congolense had a mean PCV lower than that infected with T. vivax. Sekini et al. [42] indicated that T. congolense is more pathogenic than T. vivax and cause severe parasitaemia and anaemia. In contrast to this finding, Achukwi and Musongong [43] showed that PCV is not affected by trypanosome species.

The occurrence of anaemia between the districts, age, and sex groups was not significant. This finding was in agreement with the report that revealed Ethiopian cattle breed of any sex and age did not show a significant difference in anaemia prevalence [44].

5. Závěry

The prevalence of bovine trypanosomosis was 7.18%. Trypanosome infection and the anaemic state has a significant association Nevertheless, since there were animals that were positive for trypanosomes having mean PCV within the normal threshold and negative animals with anaemia, measuring PCV alone cannot be a confirmatory for diagnosis of trypanosomosis.

Dostupnost dat

The datasets that support the findings of this study are available from the corresponding author upon request.

Etické schválení

The National Institute for the Control and Eradication of Tsetse Fly and Trypanosomosis, Ministry of Agriculture, Ethiopia, authorized the fieldwork.

Souhlas

The purpose of the study was clearly explained to the cattle owners` and veterinary officers and informed consents were obtained through verbal consent from Institute Technique Committee.

Střet zájmů

The authors declare that they no conflicts of interest.

Příspěvky autorů

Both Kumela Lelisa and Behablom Meharenet contributed equally to this work.

Reference

  1. B. Stijlemans, P. De Baetselier, S. Magez, J. A. Van Ginderachter, and C. De Trez, “African trypanosomiasis-associated anemia: the contribution of the interplay between parasites and the mononuclear phagocyte system,” Hranice v imunologii, sv. 9, p. 218, 2018. View at: Publisher Site | Google Scholar
  2. G. J. Losos and B. O. Ikede, “Review of pathology of diseases in domestic and laboratory animals caused by Trypanosoma congolense, T. vivax, T. brucei, T. rhodesiense and T. gambiense,” Veterinary Pathology, sv. 9, č. 1_suppl, pp. 1–79, 1972. View at: Publisher Site | Google Scholar
  3. P. H. Holmes, E. Katunguka-Rwakishaya, J. J. Bennison, G. J. Wassink, and J. J. Parkins, “Impact of nutrition on the pathophysiology of bovine trypanosomiasis,” Parazitologie, sv. 120, no. 7, pp. 73–85, 2000. View at: Publisher Site | Google Scholar
  4. J. Naessens, H. Kitani, Y. Nakamura, Y. Yagi, K. Sekikawa, and F. Iraqi, “TNF-alpha mediates the development of anaemia in a murine Trypanosoma brucei rhodesiense infection, but not the anaemia associated with a murineTrypanosoma congolense infection,” Clinical and Experimental Immunology, sv. 139, č. 3, pp. 405–410, 2005. View at: Publisher Site | Google Scholar
  5. J. Cnops, C. De Trez, B. Stijlemans et al., “NK-, NKT-and CD8-derived IFNγ drives myeloid cell activation and erythrophagocytosis, resulting in trypanosomosis-associated acute anemia,” Patogeny PLoS, sv. 11, č. 6, Article ID e1004964, 2015. View at: Publisher Site | Google Scholar
  6. O. O. Akinbamijo, J. J. Bennison, J. Jaitner, and L. Dempfle, “Haematological changes in N'Dama and Gobra Zebu bulls during Trypanosoma congolense infection maintained under a controlled feeding regimen,” Acta Tropica, sv. 69, no. 3, pp. 181–192, 1998. View at: Publisher Site | Google Scholar
  7. L. Tadesse, K. V. Suryabhagavan, G. Sridhar, and G. Legesse, “Land use and land cover changes and soil erosion in yezat watershed, north western Ethiopia,” International Soil and Water Conservation Research, sv. 5, č. 2, pp. 85–94, 2017. View at: Publisher Site | Google Scholar
  8. A. D. Lahunta and R. E. Habel, Applied Veterinary Anatomy, WB Saunders, Philadelphia, PA, USA, 1986.
  9. M. Thrusfield and R. Christley, Veterinary Epidemiology, Wiley Online Library, Hoboken, NJ, USA, 9600 ed edition, 2005.
  10. G. d'Ieteren and K. Kimani, “Indigenous genetic resources: a sustainable and environmentally friendly option for livestock production in areas at risk from trypanosomes,” Science in Africa, sv. 1, 2001. View at: Google Scholar
  11. A. M. Erkelens, R. H. Dwinger, B. Bedane, J. H. W. Slingenbergh, and W. Wint, “Selection of priority areas for tsetse control in Africa a decision tool using GIS in Didessa Valley, Ethiopia, as a pilot study,” in Animal Trypanosomosis: Diagnosis and Epidemiology. Results of a FAO/IAEA Co-Ordinated Research Programme on the Use of Immunoassay Methods for Improved Diagnosis of Trypanosomosis and Monitoring Tsetse and Trypanosomosis Control Programmes, International Atomic Energy Agency, Vienna, Austria, 2000. View at: Google Scholar
  12. A. Kessell, “Bovine haematology and biochemistry,” in Bovine Medicine, pp. 146–160, John Wiley & Sons, Ltd, Hoboken, NJ, USA, 2015. View at: Publisher Site | Google Scholar
  13. M. Murray, P. K. Murray, and W. I. M. McIntyre, “An improved parasitological technique for the diagnosis of African trypanosomiasis,” Transactions of the Royal Society of Tropical Medicine and Hygiene, sv. 71, č. 4, pp. 325-326, 1977. View at: Publisher Site | Google Scholar
  14. R. Abebe, S. Gute, and I. Simon, “Bovine trypanosomosis and vector density in Omo-Ghibe tsetse belt, South Ethiopia,” Acta Tropica, sv. 167, pp. 79–85, 2017. View at: Publisher Site | Google Scholar
  15. W. Tafese, A. Melaku, and T. Fentahun, “Prevalence of bovine trypanosomosis and its vectors in two districts of East Wollega Zone, Ethiopia,” Onderstepoort Journal of Veterinary Research, sv. 79, no. 1, pp. 1–4, 2012. View at: Publisher Site | Google Scholar
  16. S. Mekuria and F. Gadissa, “Survey on bovine trypanosomosis and its vector in Metekel and Awi zones of Northwest Ethiopia,” Acta Tropica, sv. 117, no. 2, pp. 146–151, 2011. View at: Publisher Site | Google Scholar
  17. Y. Afewerk, P.-H. Clausen, G. Abebe, G. Tilahun, and D. Mehlitz, “Multiple-drug resistant Trypanosoma congolense populations in village cattle of Metekel district, north-west Ethiopia,” Acta Tropica, sv. 76, č. 3, pp. 231–238, 2000. View at: Publisher Site | Google Scholar
  18. Y. Denbarga, O. Ando, and R. Abebe, “Trypanosoma species causing bovine trypanosomosis in south Achefer District, Northern Ethiopia,” Journal of Veterinary Advance, sv. 2, č. 2, pp. 108–113, 2012. View at: Google Scholar
  19. R. Duguma, S. Tasew, A. Olani et al., “Spatial distribution of glossina sp. and trypanosoma sp. in south-western Ethiopia,” Paraziti a vektory zesilovače, sv. 8, č. 1, s. 430, 2015. View at: Publisher Site | Google Scholar
  20. T. Cherenet, R. A. Sani, N. Speybroeck, J. M. Panandam, S. Nadzr, and P. Van den Bossche, “A comparative longitudinal study of bovine trypanosomiasis in tsetse-free and tsetse-infested zones of the Amhara Region, northwest Ethiopia,” Veterinary Parasitology, sv. 140, č. 3-4, pp. 251–258, 2006. View at: Publisher Site | Google Scholar
  21. S. Leta, G. Alemayehu, Z. Seyoum, and M. Bezie, “Prevalence of bovine trypanosomosis in Ethiopia: a meta-analysis,” Parasites and Vectors, sv. 9, č. 1, s. 139, 2016. View at: Publisher Site | Google Scholar
  22. K. Lelisa, S. Shimeles, J. Bekele, and D. Sheferaw, “Bovine trypanosomosis and its fly vectors in three selected settlement areas of Hawa-Gelan district, Western Ethiopia,” Onderstepoort Journal of Veterinary Research, sv. 81, č. 1, pp. 1–5, 2014. View at: Publisher Site | Google Scholar
  23. S. Mulaw, M. Addis, and A. Fromsa, “Study on the prevalence of major trypanosomes affecting bovine in tsetse infested Asosa District of Benishangul Gumuz Regional State, Western Ethiopia,” Global Veterinaria, sv. 7, č. 4, pp. 330–336, 2011. View at: Google Scholar
  24. H. Biyazen, R. Duguma, and M. Asaye, “Trypanosomosis, its risk factors, and anaemia in cattle population of Dale Wabera District of Kellem Wollega Zone, Western Ethiopia,” Journal of Veterinary Medicine, sv. 2014, Article ID 374191, 6 pages, 2014. View at: Publisher Site | Google Scholar
  25. S. Dagnachew, H. Girma, and G. Abebe, “A cross-sectional study on bovine trypanosomosis in Jawi district of Amhara Region, Northwest Ethiopia,” Ethiopian Veterinary Journal, sv. 15, 2011. View at: Publisher Site | Google Scholar
  26. M. Desta, D. Beyene, and S. Haile, “Trypanosome infection rate of Glossina pallidipes and trypanosomosis prevalence in cattle in Amaro Special District of Southern Ethiopia,” Journal of Veterinary Medicine and Animal Health, sv. 5, č. 6, pp. 164–170, 2013. View at: Google Scholar
  27. E. Degneh, W. Shibeshi, G. Terefe, K. Asres, and H. Ashenafi, “Bovine trypanosomosis: changes in parasitemia and packed cell volume in dry and wet seasons at Gidami District, Oromia Regional State, Western Ethiopia,” Acta Veterinaria Scandinavica, sv. 59, č. 1, pp. 1–8, 2017. View at: Publisher Site | Google Scholar
  28. C. Waiswa and E. Katunguka-Rwakishaya, “Bovine trypanosomiasis in south-western Uganda: packed-cell volumes and prevalences of infection in the cattle,” Annals of Tropical Medicine & Parasitology, sv. 98, č. 1, pp. 21–27, 2004. View at: Publisher Site | Google Scholar
  29. T. Marcotty, H. Simukoko, D. Berkvens, J. Vercruysse, N. Praet, and P. Van den Bossche, “Evaluating the use of packed cell volume as an indicator of trypanosomal infections in cattle in eastern Zambia,” Preventive Veterinary Medicine, sv. 87, no. 3-4, pp. 288–300, 2008. View at: Publisher Site | Google Scholar
  30. S. Tasew and R. Duguma, “Cattle anaemia and trypanosomiasis in western Oromia State, Ethiopia,” Revue de Médecine Vétérinaire, sv. 163, č. 12, pp. 581–588, 2012. View at: Google Scholar
  31. M. Murray and T. M. Dexter, “Anaemia in bovine African trypanosomiasis. a review,” Acta Tropica, sv. 45, pp. 389–432, 1988. View at: Google Scholar
  32. C. C. Ohaeri and M. C. Eluwa, “Abnormal biochemical and haematological indices in trypanosomiasis as a threat to herd production,” Veterinary Parasitology, sv. 177, č. 3-4, pp. 199–202, 2011. View at: Publisher Site | Google Scholar
  33. J. C. M. Trail, G. D. M. d'Ieteren, A. Feron, O. Kakiese, M. Mulungo, and M. Pelo, “Effect of trypanosome infection, control of parasitaemia and control of anaemia development on productivity of N'Dama cattle,” Acta Tropica, sv. 48, č. 1, pp. 37–45, 1990. View at: Publisher Site | Google Scholar
  34. J. C. Trail, G. D. d'Ieteren, M. Murray et al., “Measurement of trypanotolerance criteria and their effect on reproductive performance of N'Dama cattle,” Veterinary Parasitology, sv. 45, č. 3-4, pp. 241–255, 1993. View at: Publisher Site | Google Scholar
  35. T. Sitotaw, F. Regassa, F. Zeru, and A. G. Kahsay, “Epidemiological significance of major hemoparasites of ruminants in and around Debre-Zeit, Central Ethiopia,” Journal of Parasitology and Vector Biology, sv. 6, č. 2, pp. 16–22, 2014. View at: Google Scholar
  36. J. W. Magona and J. S. P. Mayende, “Occurrence of concurrent trypanosomosis, theileriosis, anaplasmosls and helminthosis in Friesian, Zebu and Sahiwal cattle in Uganda,” Onderstepoort Journal of Veterinary Research, sv. 69, no. 2, pp. 133–140, 2002. View at: Google Scholar
  37. O. M. Radostitis, C. C. Gay, K. W. Hinchcliff, and P. Contable, Veterinary Medicine: A Textbook of the Diseases of Cattle, Horses, Pigs, Sheep and Goat, Elsevier Saunders, Philadelphia, PA, USA, 2007.
  38. G. J. Rowlands, W. Mulatu, S. M. Nagda, and G. D. M. d'Ieteren, “Variations in packed red cell volume and trypanosome prevalence and relationships with reproductive traits in East African Zebu cows exposed to drug-resistant trypanosomes,” Acta Tropica, sv. 59, č. 2, pp. 105–116, 1995. View at: Publisher Site | Google Scholar
  39. J. A. W. Coetzer, G. R. Thomson, and R. C. Tustin, “Infectious diseases of livestock with special reference to Southern Africa,” Journal of the South African Veterinary Association, sv. 66, č. 2, s. 106, 1995. View at: Google Scholar
  40. P. Van den Bossche and G. J. Rowlands, “The relationship between the parasitological prevalence of trypanosomal infections in cattle and herd average packed cell volume,” Acta Tropica, sv. 78, č. 2, pp. 163–170, 2001. View at: Publisher Site | Google Scholar
  41. D. N. Awa and C. N. Ndamkou, “Response of Trypanosoma vivax and Trypanosoma congolense in zebu cattle in North Cameroon to prophylactic treatment with two formulations of isometamidium,” Preventive Veterinary Medicine, sv. 76, č. 1-2, pp. 90–96, 2006. View at: Publisher Site | Google Scholar
  42. V. O. Sekoni, D. I. Saror, C. O. Njoku, J. Kumi-Diaka, and G. I. Opaluwa, “Comparative haematological changes following Trypanosoma vivax and T. congolense infections in Zebu bulls,” Veterinary Parasitology, sv. 35, č. 1-2, pp. 11–19, 1990. View at: Publisher Site | Google Scholar
  43. M. D. Achukwi and G. A. Musongong, “Trypanosomosis in the Doayo/Namchi (bos Taurus) and zebu white fulani (bos indicus) cattle in faro division, north Cameroon,” Journal of Applied Biosciences, sv. 15, pp. 807–814, 2009. View at: Google Scholar
  44. J. Stein, “Trypanotolerance and phenotypic characteristics of four Ethiopian cattle breeds,” Acta Universitatis Agriculturae Sueciae, Uppsala, Sweden, 2011, Ph.D. teze. Zobrazit na: Google Scholar

Autorská práva

Copyright © 2021 Kumela Lelisa and Behablom Meharenet. Toto je článek s otevřeným přístupem distribuovaný pod licencí Creative Commons Attribution License, která umožňuje neomezené použití, distribuci a reprodukci na jakémkoli médiu za předpokladu, že je původní dílo řádně citováno.